CN101940060B - 车载用加热器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供车载用加热器，具体为，其具备：发热体单元，具有发热元件、与发热元件接触并重合的电极构件、包围发热元件和电极构件的绝缘片、在内部收容被绝缘片包围的发热元件及电极构件的筒体；放热体单元，层积于发热体单元；及帽，安装于发热体单元的端部，电极构件具有端子部，其从筒体的端部开口被导出至筒体的外部，同时弯折并贯穿帽而被导出至帽的外部。

Description

车载用加热器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种汽车所搭载的车载用加热器，尤其涉及一种将PTC(PositiveTemperature Coefficient)元件使用于发热源的车载用加热器。 
背景技术
通常，作为汽车室内暖气用的主热源，使用对发动机冷却水的废热加以利用来加热空气的温水式加热器，但是由于在发动机启动时发动机冷却水的温度较低等，因此作为辅助热源还具备电加热器。而且，可以想到今后随着电动汽车开始普及，也会促进电加热器的搭载。 
作为电加热器的发热体经常使用PTC元件(例如专利文献1)。专利文献1所公开的PTC加热器在PTC元件的上下配置散热片，同时与散热片接触并设有电极构件的加热器单元具有2层层积的结构。 
专利文献1：日本国特开平5-169967号公报 
在专利文献1所公开的加热器中，电极构件、散热片及PTC元件被电连接，成为使上述通电部分露出的结构，尤其是吸入外气并输送至加热器时，如果在降雨或降雪的环境下水分被输送至加热器，则有可能会漏电。而且，在车载用途的加热器中，还要求能经受住行走时的振动的性能。 
发明内容
本发明是鉴于上述问题而进行的，提供一种车载用加热器，其在车载用途所要求的耐振动性、防水性等方面表现出色。 
根据本发明的一个方式，提供一种车载用加热器，其特征在于，具备：发热体单元，具有发热元件、与所述发热元件接触并重合的电极构件、包围所述发热元件和所述电极构件的绝缘片、在内部收容被所述绝缘片包围的所述发热 元件及所述电极构件的筒体；放热体单元，层积于所述发热体单元；及帽，安装于所述发热体单元的端部，所述电极构件具有端子部，其从所述筒体的端部开口被导出至所述筒体的外部，同时弯折并贯穿所述帽而被导出至所述帽的外部。 
而且，根据本发明的另一个方式，提供一种车载用加热器的制造方法，其特征在于，具备：对具有发热元件、与所述发热元件接触并重合的电极构件、包围所述发热元件和所述电极构件的绝缘片、在内部收容被所述绝缘片包围的所述发热元件及所述电极构件的筒体的发热体单元和放热体单元进行层积的工序；在导出所述电极构件的端子部的所述筒体中的端部开口附近的内部填充具有电绝缘性及防水性的第1密封材料的工序；在所述第1密封材料固化后，使所述端子部弯折，在该弯折的部分上安装内侧帽的工序；及通过在所述内侧帽上安装在内部涂覆具有电绝缘性及防水性的第2密封材料的外侧帽，而由所述第2密封材料覆盖从所述内侧帽突出的所述端子部的前端的工序。 
附图说明
图1是本发明实施方式的车载用加热器的俯视图。 
图2是在图1中抽出了1个加热器单元的放大俯视图。 
图3是该加热器单元的发热体单元的俯视图。 
图4是图3的A-A线放大剖视图。 
图5是表示该加热器单元的电极构件和外部连接用电缆的连接部分的模式图。 
图6是表示在本发明实施方式的车载用加热器中安装帽之前的电极构件端子部附近的模式图。 
图7是表示相对于图6的状态已安装有第1内侧帽的状态的模式图。 
图8是表示相对于图7的状态已安装有第2内侧帽的状态的模式图。 
图9是表示相对于图8的状态已安装有外侧帽的状态的模式图。 
符号说明 
3-发热体单元；4-放热体单元；5-加热器单元；6-第1内侧帽；7-第2内侧 帽；8-外侧帽；11-筒体；15-绝缘片；20-发热元件；21-散热片；40a、40b-电极构件；42a、42b-端子部；50-电缆；71～73-密封材料。 
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 
图1是本发明实施方式的车载用加热器的俯视图。 
本实施方式的车载用加热器具有对在筒体11的内部收容有发热元件的多个发热体单元3和具有散热片21的多个放热体单元4进行层积的结构。例如，由2个放热体单元4夹持1个发热体单元3来构成1个加热器单元5。 
本实施方式的车载用加热器具有例如层积有3个加热器单元5的结构。图2抽出并放大表示1个加热器单元5。 
放热体单元4具有散热片21和金属板22。散热片21构成为使例如由铝形成的板材以之字形弯曲，并设置在金属板22和发热体单元3的筒体11之间。 
图3是发热体单元3的俯视图。 
图4是图3的A-A线放大剖视图。 
发热体单元3具有：发热元件20；一对电极构件40a、40b，设置为夹着发热元件20；绝缘片15，包围发热元件20和电极构件40a、40b；及筒体11，在内部收容被绝缘片15包围的发热元件20及电极构件40a、40b。 
发热元件20是具有正温度特性的PTC(Positive Temperature Coefficient)陶瓷元件，在变为居里点以上的温度时电阻急剧增加以限制在此以上的温度上升。在图3中，如虚线所示，沿筒体11的长度方向配置有多个发热元件20。发热元件20例如形成为四方形的薄板片状，在与其它的面相比面积大的表里两面上，例如形成有由银或铝等金属形成的电极面。在发热元件20的上述两个电极面上分别接触并重合有电极构件40a、40b。在电极构件40a、40b上外加各自极性相反的电压。 
电极构件40a由例如铝等金属形成，具有带板状的平板部41和一体地设置于该平板部41的一端侧的端子部42a。另一个电极构件40b也同样由例如铝等金属形成，具有带板状的平板部41和一体地设置于该平板部41的一端侧的端子部42b。 
平板部41与发热元件20的电极面接触并重合。平板部41和发热元件20的电极面通过导热性良好的例如硅类粘结剂粘结。 
发热元件20的电极面例如通过喷镀铝而形成，或者在涂覆银之后通过喷镀铝而形成，因此在电极面表面上形成细微的凹凸。因而，即使用于粘结发热元件20和电极构件的平板部41的粘结剂具有绝缘性，上述电极面表面的凹凸中的凸部也能穿透粘结剂与平板部41接触，可确保发热元件20和电极构件的导通。 
各电极构件40a、40b的端子部42a、42b从筒体11的一端侧的端部开口向筒体11的外部突出。 
如图4所示，电极构件40a、40b及夹在它们之间的发热元件20被绝缘片15包围。绝缘片15具有可挠性、导热性及电绝缘性，例如由聚酰亚胺薄膜形成。绝缘片15的两端缘部15a、15b相互重合，绝缘片15完全覆盖发热元件20及电极构件40a、40b的两端以外的部分。该绝缘片15的两端缘部15a、15b不是在电极构件40a、40b上重合，而是在与发热元件20及电极构件40a、40b的侧面相对的部分上重合。即，绝缘片15的两端缘部15a、15b不是在筒体11的放热面12而是在侧面13的背面重合。 
筒体11形成为具有相互相对的一对放热面12和相对于该放热面12形成为大致直角并相互相对的一对侧面13的方筒状。放热面12与侧面13相比宽度宽且面积大。筒体11由例如铝等具有导热性及易加工性的材料形成。 
发热元件20及电极构件40a、40b以它们的两端以外的部分被绝缘片15覆盖(包围)的状态收容在筒体11的中空部11a内。筒体11仅在其两端形成开口，中空部11a仅能通过上述开口与外部连通。 
发热元件20的电极面与筒体11的放热面12的背面相对，电极构件40a、40b中的任意一个和绝缘片15介于上述电极面和放热面12的背面之间。在组装前的状态中，筒体11的内部尺寸(图4中的上下方向的尺寸)比图4所图示的状态稍大。而且，通过将组装发热元件20和电极构件40a、40b并被绝缘片15包围的状态的结构体***筒体11中，在筒体11的放热面12上施加机械压力以在图4的上下方向上压溃筒体11，发热元件20、电极构件40a、40b及绝缘片15成为在筒体11的一对放热面12的背面间被压紧的状态，从而固定在中空部 11a内。 
上述筒体11的压溃量为例如0.5mm左右。在此，如图4所示，由于在筒体11的两侧面13上沿长度方向形成有槽13a，所以在压溃筒体11时能防止其侧面13向外侧***(增大外部尺寸)。由于筒体11的侧面13不会成为凸面，所以可容易在侧面13上安装例如热电偶等温度传感器，而且安装后的稳定性也很好。 
如图2所示，放热体单元4的金属板22相对于筒体11的放热面12大致平行地相对，在上述金属板22和放热面12之间设置有散热片21。 
金属板22形成为具有与放热面12大致相同面积的平面的薄板状，由例如铝等极具导热性的金属形成。金属板22和散热片21通过极具耐热性及导热性的例如硅类粘结剂来相互粘结固定。散热片21和放热面12也同样通过极具耐热性及导热性的例如硅类粘结剂来相互粘结固定。 
而且，如图1所示，通过利用极具耐热性及导热性的例如硅类粘结剂来粘结金属板22与其它的加热器单元5的金属板22，可得到层积了多个(图示的例子为3个)加热器单元5的结构。 
在该积层结构体的一端部上安装有3个帽6～8，在另一端部上安装有帽9。筒体11的中空部被上述帽6～9封闭。各帽6、7、8、9由具有耐热性及电绝缘性的树脂材料形成。 
在此，参照图6～图9对一端部侧的帽6～8的安装方法进行说明。 
图6示出在多个(例如3个)加热器单元5的积层结构体中，安装帽6～8之前的端子部42a、42b的导出部附近。 
各加热器单元5所具有的所述一对电极构件40a、40b的一端部作为担负与外部电连接的端子部42a、42b发挥作用，并从筒体11的一端部侧的端部开口导出至筒体11的外部。端子部42a、42b相互分离，并未接触(短路)，端子部42a、42b中的一个连接于电源线，另一个连接于地线。 
安装帽之前，在筒体11中，从向外部导出端子部42a、42b一侧的端部开口向其内部导入具有电绝缘性及防水性的例如使用硅类树脂的密封材料71，密封材料71填充在其端部开口附近的筒体11内部，从而端部开口被封闭。 
 填充密封材料71后，充分地进行干燥固化。此后，如图7所示，在加热器单元5的一端部上安装第1内侧帽6。第1内侧帽6通过具有耐热性的粘结剂粘
结固定于加热器单元5的一端部。 
发热体单元3的一端部相对于放热体单元4的一端部突出，放热体单元4的一端部嵌入形成于第1内侧帽6的凹部，发热体单元3的一端部***在第1内侧帽6中从所述凹部的底部贯穿至相反侧的端面而形成的贯穿孔内。端子部42a、42b贯穿第1内侧帽6的贯穿孔向第1内侧帽6的外部突出。 
之后，如图8所示，以在使端子部42a、42b弯折的基础上覆盖该弯折部分的方式，例如使用粘结剂将第2内侧帽7安装在第1内侧帽6上。在端子部42a、42b中，与筒体11的端部开口接近一侧的部分被弯折，前端侧部分贯穿第2内侧帽7上形成的贯穿孔并向第2内侧帽7的外部突出。 
端子部42a、42b为从筒体11的端部开口附近部分至经过第2内侧帽7内部的部分以大致直角弯折。各发热体单元3所具有的一对端子部42a、42b弯折为在多个发热体单元3和多个放热体单元4的积层方向(在图8的纸面上为上下方向)上相互分离扩宽，同时其前端部分还向外侧(图8中的右方)以大致直角弯折，该部分贯穿形成在第2内侧帽7上的厚度方向的贯穿孔。在各发热体单元3所具有的一对端子部42a、42b中，贯穿第2内侧帽7的内部并向外侧突出的部分的相互的分离距离比参照图4所述的夹着发热元件20相对的一对电极构件40a、40b之间的相对距离宽，而且与筒体11的侧面13的宽度(较短方向的宽度)相比较大地扩宽。观察第2内侧帽7的长度方向，多个(在本实施方式中为例如6根)端子部42a、42b的位置没有偏于一方地分散分布。 
另外，在安装第2内侧帽7时，在其安装前预先在端子部42a、42b中在从筒体11的端部开口附近经由弯折部并收容在第2内侧帽7内部的部分上涂覆具有电绝缘性及防水性的密封材料72。使涂覆有该密封材料72的端子部42a、42b贯穿第2内侧帽7从而安装第2内侧帽7。 
由此，成为如下结构，从第2内侧帽7的贯穿孔至筒体11的端部开口附近的内部填充有密封材料72、71。即，从筒体11的端部开口附近的内部至第2内侧帽7的贯穿孔的端子部42a、42b的导出路径被密封材料71、72密封，存在于该部分的端子部42a、42b被密封材料71、72覆盖而被防水密封。 
从第2内侧帽7向外部突出的端子部42a、42b的前端部经由连接构件与图1所示的电缆50电连接。 
在图5中模式化表示在各端子部42a、42b上安装有连接构件30的状态。 
连接构件30由导电性材料形成，具有：被对折以便夹持各端子部42a、42b的前端且安装在各端子部42a、42b前端的安装部31；及一体地设置于该安装部31上端部的截面大致呈C字状的电缆***部32。 
在电缆***部32的内部***图1所示的电缆50的一端，通过在缩径方向上压溃电缆***部32而将电缆50的一端固定于电缆***部32。电缆50例如通过由树脂形成的包覆材料来包覆导线而形成，在该电缆50中，固定于电缆***部32的部分的至少前端侧的导线的一部分从包覆材料露出从而与电缆***部32接触。由此，经由连接构件30和电极构件40a、40b的端子部42a、42b从电缆50向筒体11内部的发热元件20的电极面供电。 
在各端子部42a、42b上安装上述连接构件30后，如图9所示，在第2内侧帽7上安装外侧帽8。在安装外侧帽8时，预先在外侧帽8的内部涂覆具有电绝缘性及防水性的密封材料73，在内部收容该密封材料73的基础上安装外侧帽8以便覆盖第2内侧帽7的端面。 
如图9所示，所述第1内侧帽6、第2内侧帽7及外侧帽8通过从外侧帽8侧螺入的螺钉80相互连结。从第2内侧帽7的端面突出的端子部42a、42b及在其上安装的连接构件30收容在外侧帽8的内部，但是此时如上所述，由于预先在外侧帽8的内部涂覆有密封材料73，所以端子部42a、42b及连接构件30以被该密封材料73覆盖的状态位于外侧帽8的内部，从而被防水密封。此时，外侧帽8通过基于螺钉80的连结力被按压于第2内侧帽7，收容在其内部的密封材料73也被按压于第2内侧帽7侧，能够没有间隙地由密封材料73切实地覆盖端子部42a、42b及连接构件30。 
在外侧帽8上对应于端子部42a、42b的数量形成有切口8a，连接构件30经由该切口8a向外部露出，与图1所示的电缆50连接。 
如以上说明而构成的本实施方式的车载用加热器搭载于汽车，作为所谓的汽车空调用加热器来使用。例如，本实施方式的车载用加热器配置于在汽车中吸入车外或车室内的空气并形成空气流的通路上，以空气经过散热片21之间的方式，以空气在图1中穿过纸面的方向流动的方式配置车载用加热器。 
而且，来自搭载于该汽车的蓄电池的电力经由未图示的控制电路、电缆50、 连接构件30及电极构件40a、40b供给到发热元件20，从而发热元件20发热。发热元件20发出的热量都经由具有导热性的电极构件40a、40b、绝缘片15传递至筒体11的放热面12，进而传递给设置在放热面12上的散热片21。通过使空气在该散热片21之间流动而加热该空气并向车室内供给。 
而且，在本实施方式中成为如下结构，发热元件20及与其电极面接触的电极构件40a、40b收容在被帽6～9密封的筒体11内部，而且担负与外部电连接的电极构件40a、40b的端子部42a、42b及其导出路径被防水性密封材料71～73覆盖，因此上述通电部分未向外部露出，被防水密封。而且，由于绝缘片15介于电极构件40a、40b和筒体11之间，它们之间被绝缘分离，所以筒体11、散热片21及金属板22也未通电。 
如此，在本实施方式的车载用加热器中，由于成为通电部分未向外部露出且被防水密封的结构，所以即使在送入车载用加热器的空气中混入了雨水、雪、灰尘、尘埃等，也不会引起漏电从而很安全。 
而且，在向端子部42a、42b的导出部分供给密封材料的工序中，如果在1次工序中一次供给密封材料，则由于固化收缩等而容易产生空隙部分，有可能导致防水密封不完全。 
但是，在本实施方式中，不是在1次工序中一次进行，而是如上所述分3次工序进行向筒体11内部填充密封材料71、供给覆盖端子部42a、42b的弯折部及***第2内侧帽7内的部分的密封材料72、供给覆盖外侧帽8内的端子部42a、42b前端及连接构件30的密封材料73，因此能够防止在密封材料中产生空隙，可切实地没有间隙地对所述部分进行防水密封。结果可切实地防止水分等进入通电部分并得到较高的电绝缘性。 
在此，本发明人等为了确认本实施方式的车载用加热器的绝缘电阻(防水密封部的防水性)，以下述条件进行了高压蒸煮试验。 
如下述表1所示，在环境条件为1.5大气压且温度115℃且湿度90％的条件、1.8大气压且温度121℃且湿度90％的条件、2.0大气压且温度124℃且湿度90％的条件这3个条件下进行了测定。试验时间为在各条件下放置24小时。试验设备使用日本横河电机株式会社制的绝缘电阻计2406E。在表1中示出试验结果。 
表1 
Figure BPA00001161670300091
在表1中，试样No.1、No.2是如上所述按密封材料71、72、73的顺序分3次供给而得到的结构，试样No.3～5是在1次工序中一次供给密封材料71、72、73而得到的结构。 
对于所有试样，绝缘电阻值的试验前初始值在2000MΩ以上，而且在试验后放置24小时的在大气中的绝缘电阻值也在2000MΩ以上。根据表1，即使是最小的绝缘电阻值也得到了7MΩ，作为结果，任意试样在任意条件下都得到了没有漏电等问题的绝缘电阻值。而且，对于所有试样，也没有试验后的破损、变形、松动的异常。 
而且，尤其是在大气压、温度更高的环境下，分数次供给覆盖从筒体11的端部开口附近内部至连接构件30的端子部42a、42b的导出部分的密封材料的试样No.1、No.2与在1次工序中一次供给密封材料的试样No.3～5相比得到了较高的绝缘电阻值，可以说从更切实地确保所述导出部的防水性出发，优选分数次供给密封材料。 
本实施方式的车载用加热器为如下结构，使多个单元相互粘结固定并成为一体的积层结构体，并使该积层结构体的两端部与帽6、9嵌合，因此各单元被相互牢固地固定，作为车载用加热器整体的机械强度或耐振动性良好，尤其可防止因在不良路况等的行驶中所受到的振动而使各单元喀哒喀哒地振动、破损、分离等。 
而且，由于从筒体11的端部开口导出至筒体11外部的电极构件40a、40b的端子部42a、42b弯折并贯穿内侧帽7，所以通过端子部42a、42b的弯折部限制了内侧帽7在图9的纸面上在横向(内侧帽7离开内侧帽6的方向)或上下 方向(内侧帽7向各单元的积层方向偏离的方向)上移动，抑制了内侧帽7的晃动。 
结果还抑制了将该内侧帽7夹在中间安装的内侧帽6和外侧帽8的晃动，能够防止位于上述帽内部的端子部42a、42b的断线、端子部42a、42b与连接构件30的分离、连接构件30与电缆50的分离等。 
而且，与散热片21一起构成放热体单元4的金属板22理所当然会补强散热片21，还能作为提高各单元的积层结构体整体的机械强度的补强板来发挥作用，由此也有利于提高耐振动性。 
在此，本发明人等对于本实施方式的车载用加热器，在基于JIS D 1801 3种B种4.5G的试验条件下进行了振动试验。 
结果各部未发生松动等满足了规格，满足了评价基准5.1.1、5.1.2、5.1.3。在此，评价基准5.1.1是试验前后的外观确认，即在外观上没有破损、熔损、变形等异常。评价基准5.1.2是试验前后的动作确认，即测定常温、额定风量时的额定电流、消耗电力、冲击电流并满足了技术条件。评价基准5.1.3是试验前后的电压降确认，即确认试验后电气配线部的电阻及电压降且为试验前的2倍以下。 
以上，参照具体实施例对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明并不局限于此，可以根据本发明的技术思想进行各种变形。 
虽然在上述实施方式中，构成为对使由2个放热体单元4夹持1个发热体单元3的结构为1个单位的加热器单元5进行3层层积的结构，即3个发热体单元3和6个放热体单元4的积层结构，但是1个加热器单元5中的放热体单元4的个数或整体积层结构中的各单元的个数不局限于上述个数。 
而且，并不局限于通过粘结剂来固定散热片21和金属板22、散热片21和筒体11、金属板22彼此，也可以通过硬钎焊或软钎焊等来相互固定。 

Claims (7)

1.一种车载用加热器，其特征在于，具备：
发热体单元，具有发热元件、与所述发热元件接触并重合的电极构件、包围所述发热元件和所述电极构件的绝缘片、在内部收容被所述绝缘片包围的所述发热元件及所述电极构件的筒体；
放热体单元，层积于所述发热体单元；
第1帽，安装于所述发热体单元的端部；
及第2帽，安装于所述第1帽，
所述电极构件具有端子部，其从所述筒体的端部开口被导出至所述筒体的外部，同时弯折，
所述端子部的弯折部分通过被夹持在所述第1帽和所述第2帽之间并贯穿所述第2帽上形成的贯穿孔，而在按所述端子部的弯折形状弯折的导出路径内通过。
2.根据权利要求1所述的车载用加热器，其特征在于，所述端子部为从被所述第1帽和所述第2帽夹持的部分至通过所述第2帽内部的部分以大致直角弯折。
3.根据权利要求1或2所述的车载用加热器，其特征在于，所述端子部被具有电绝缘性及防水性的密封材料覆盖。
4.根据权利要求1～2中任意一项所述的车载用加热器，其特征在于，在所述筒体中在导出所述端子部的端部开口附近的内部填充有具有电绝缘性及防水性的密封材料。
5.根据权利要求1～2中任意一项所述的车载用加热器，其特征在于，所述发热元件是PTC陶瓷元件。
6.一种车载用加热器的制造方法，其特征在于，具备：
对具有发热元件、与所述发热元件接触并重合的电极构件、包围所述发热元件和所述电极构件的绝缘片、在内部收容被所述绝缘片包围的所述发热元件及所述电极构件的筒体的发热体单元和放热体单元进行层积的工序；
在导出所述电极构件的端子部的所述筒体中的端部开口附近的内部填充具有电绝缘性及防水性的第1密封材料的工序；
在所述第1密封材料固化后，使所述端子部弯折，并将该弯折的部分夹在第1内侧帽和第2内侧帽之间的工序；
及通过在所述第1、2内侧帽上安装在内部涂覆具有电绝缘性及防水性的第2密封材料的外侧帽，而由所述第2密封材料覆盖从所述第1、2内侧帽突出的所述端子部的前端的工序。
7.根据权利要求6所述的车载用加热器的制造方法，其特征在于，在所述端子部的弯折部分上涂覆具有电绝缘性及防水性的第3密封材料之后，使所述端子部贯穿并安装所述第1、2内侧帽。
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